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1、第4章 习题与参考答案【题4-1】 写出图题4-1的输出逻辑函数式。图题4-1解：（1） （2）【题4-2】 使用与门、或门实现如下的逻辑函数式。（1） （2） （3）解：【题4-3】 使用与门、或门和非门，或者与门、或门和非门的组合实现如下的逻辑函数式。（1） （2） （3）【题4-4】 试写出图题4-4所示电路的逻辑函数式，列出真值表，并分析该电路的逻辑功能。图题4-4解：ABCY100000010010001111000101111011111此电路是三人表决电路，只要有两个人输入1，输出就是1。ABCDY20000000010001000011001000010100110001111
2、1000010010101001011111000110111110111110该电路在4个输入中有3个为1时，输出Y2为1。【题4-5】 逻辑电路与其输入端的波形如图题4-5所示，试画出逻辑电路输出端Y的波形。图题4-5 解：【题4-6】 图题4-6所示的逻辑电路中，与非门为74LS00，或非门是74LS02，非门是74LS04。试分析该电路的最大传输延迟时间。图题4-6解：74LS00、74LS02和74LS04的最大tPHL和tPLH都是15ns，因为A信号经过4级门达到输出端X，因此最大传输延迟时间为415ns=60ns。【题4-7】 图题4-7所示的是家用报警器装置，该装置具有6个开
3、关，各开关动作如下：图题4-7人工报警开关M，该开关闭合时，报警信号ALARM=1，开始报警。报警使能开关EN，该开关闭合时，窗户、门和车库信号才能使ALARM=1。复位开关RST，该开关断开时，取消报警。窗户开关W，该开关平常处于闭合状态，一旦断开，使ALARM=1，开始报警。门开关D，该开关平常处于闭合状态，一旦断开，使ALARM=1，开始报警。车库开关G，该开关平常处于闭合状态，一旦断开，使ALARM=1，开始报警。（1）试写出图示电路的逻辑函数式。（2）该报警装置采用了HC、LS和HCT系列的门电路，试计算电路接口之间的噪声容限。（3）确定开关与74HC04之间、74HCT32与901
4、3晶体管之间的接口电路是否可以正确动作。（4）试计算该电路的最大静态功耗，若用5V电压、800mAh的电池供电，可以工作多长时间。各芯片静态电源电流如下：四2输入或门74HCT32的静态电源电流ICC=20mA，每个引脚附加电源电流ICC=0.5mA；六非门74HC04的电源电流ICC=2mA；四2输入与门74LS08的电源电流ICCH=4.8mA，ICCL=8.8mA。解：（1）图示电路的逻辑函数式为：（2）三种逻辑电路之间的噪声容限74HC04驱动74LS08，高电平噪声容限为4.9V2V=2.9V；低电平噪声容限0.8V0.26V=0.54V。74HCT的输入信号兼容TTL，因此LS08
5、电路可以驱动HCT32电路，因此噪声容限计算如下：高电平噪声容限=2.4V-2V=0.4V；低电平噪声容限为0.8V-0.5V=0.3V。（3）输入开关与逻辑电路之间、逻辑电路与9013晶体管之间是否正常动作输入开关信号RST、D、G、W的与74HC04连接，由于HC系列电路的输入电阻很大，只需要1A电流，因此开关信号的高电平近似为5V，低电平近似为0，因此高电平噪声容限为1.5V，低电平噪声容限为1.5V；输入开关信号EN与74LS08连接，74LS08低电平输入电流为0.4mA，因下拉电阻为1k，因此输入低电平VIL为0.4V，因此低电平噪声容限为0.8V0.4V=0.4V，高电平噪声容限
6、为5V-2V=3V。输入开关信号M与74HCT32连接，由于74HCT32的输入电流为1A，因此开关输入信号的高电平接近于5V，低电平接近于0V，因此高电平噪声容限为5V2V=3V，低电平噪声容限为0.81=0.8V；HCT32的高电平驱动能力在4mA时，可保证输出高电平为4V，因此有9013三极管的基极电流为IB=（VOHmax-VBE）/R6=（4V-0.7V）/2.2k=1.5mA。若9013的电流放大倍数为180倍，因此有临界饱和集电极电流IC=1.5mA180=270mA，也就是IC小于270mA时，9013处于饱和区，大于270mA时9013处于放大区。若蜂鸣器SPK的工作电流为2
7、0mA，因此9013可以可靠饱和导通。（4）试计算该电路的最大静态功耗，若用5V电压、800mAh的电池供电，可以工作多长时间。各芯片静态电源电流如下：74HC04的静态电流为2mA。若是4个门都输出高电平，每个驱动74LS08的高电平输入电流为20mA，共80mA。ICC04=2mA+420mA =82mA。74HCT32的静态电流为20mmA；每个引脚附加电源电流0.5mA，则附加电源电流60.5mA=3.02mA；报警时，74HCT32在输出高电平时，驱动三极管的基极电流为1.5mA。不报警时的电流：ICC32=20mA+60.5mA=3.02mA报警时的电流：ICC32=20mA+60
8、.5mA+1.5mA=4.52mA74LS08的平均静态电流ICC08=（ICCH+ ICCL）/2=（4.8mA+8.8mA）/2=6.8mA。报警动作时流过上下拉电阻的最大电流IR=6（5V/1k）=6mA。不报警动作时，3个上下拉电阻的电流IR=3（5V/1k）=3mA。报警动作时的蜂鸣器工作电流ISPK=20mA。蜂鸣器不报警动作时的电源电流ICC为：ICC=ICC04+ICC32+ICC08+IR =0.082mA+3.02mA+6.8mA+3mA12.9 mA若是采用若用5V电压、800mAh的电池供电，可以工作时间t=800/15.961.5h。蜂鸣器动作时的电源电流ICC为：I
9、CC=ICC04+ICC32+ICC08+IR+ISPK=0.082mA+4.52mA+6.8mA+6mA+20mA37.4 mA若是蜂鸣器一直报警，5V电压、800mAh的电池只能工作约800/37.420h。若要增加运行时间，需要全部使用HC系列芯片，同时将上下拉电阻阻值增加到400k，则蜂鸣器不动作时的电源电流为：ICC=ICC04+ICC32+ICC08+IR=6mA+8mA +14mA+12.5mA3=0.066mA这里所用的HC电路的静态电流都是2mA，每用一个引脚增加1mA。3个上下拉电阻的电流为12.5mA3=37.5mA。因此800mAh的电池供电，可以工作时间t=800/0
10、.06612121h，约为505天。【题4-8】 试用74LS147、74LS04和74LS21组成一个09按键编码器，要求输出任一按键按下信号EN，并输出高电平有效的编码A3A0。解：【题4-9】 试用门电路设计4线-2线优先编码器，输入、输出信号都是高电平有效，要求任一按键按下时，GS为1，否则GS=0；还要求没有按键按下时，EO信号为1，否则为0。解：DCBAA1A0GSEO0000000100010010001X011001XX10101XXX1110得到： 逻辑电路如下图所示。【题4-10】 用3线-8线译码器74LS138和与非门实现如下多输出函数。解：=【题4-11】 试用3线-
11、8线译码器74LS138和门电路实现一位二进制全减器（输入为被减数、减数与来自低位的借位；输出为差和向高位的借位）。要求用按键输入减数、被减数和借位，发光二极管显示减法结果。解：被减数减数借位差借位MNBSUBC0000000111010110110110010101001100011111【题4-12】 试用74LS147、74LS46、74LS04与共阳数码管等元件设计一个09按键输入，数码管显示按键数字值的电路。解：【题4-13】 试用门电路设计一个2选1数据选择器。解：若是输入信号为A、B，选择信号为S，输出信号为Y，则有：用门电路实现如下：【题4-14】 试用8选1数据选择器74LS
12、151实现如下函数。解：8选1数据选择器 = 【题4-15】 试用8选1数据选择器74LS151实现一个代码转换电路，输入为3位二进制代码，输出为3位格雷码。解：ABCXYZ000000001001010011011010100110101111110101111100 【题4-16】 试用8选1数据选择器74LS151实现4个开关控制一个灯的逻辑电路，要求改变任何一个开关的状态都能控制灯的状态（由灭到亮，或反之）。解：设D、C、B、A为四个开关，开关断开输出1，闭合输出0；Y表示灯，1表示亮。DCBAY000000001100101001100100101010011000111110001
13、10010101001011111000110111110111110【题4-17】 试分析图题4-17所示电路在S1、S0信号控制下，其输入A、B与输出Y之间的关系。图题4-17解：由图得到：S1S0Y00AB01A+B1011【题4-18】 试采用门电路设计一个6线-1线数据选择器。要求电路最简单。解：根据题意，有如下函数式：就是用3-6译码器、与门和或门组成6-1选择器，由于为不完全译码器，任意项m6和m7不出现，因此可以化简译码器逻辑函数。 因此有下图：【题4-19】 试写出图题4-19所示加法器的输出。 图题4-19解：COS2S1S0=1100【题4-20】 对于图题4-20所示波
14、形作为输入的74LS85电路，试画出其输出端的波形。 图题4-20解：【题4-21】 对于图题4-21所示波形作为输入的电路，试画出其输出端的波形。 解： 图题4-21【题4-22】 试设计一个BCD代码转换成格雷码的代码转换器。解：根据题意做真值表如下：DCBAWXYZ00000000000100010010001100110010010001100101011101100101011101001000110010011101用卡诺图化简： D+C 因此有如下电路：【题4-23】 试设计一个检测电路，当4位二进制数为0、2、4、6、8、10、12、14时，检测电路输出为1。解：DCBAY00
15、001000100010100110010010101001101011101000110010101011011011001110101110111110得到：因此有电路如下：【题4-24】 某公司3条装配线各需要100kW电力，采用两台发电动机供电，一台100kW，另外一台是200kW，3条装配线不同时开工，试设计一个发电动机控制器，可以按照需求启动发电动机以达到节电的目的。解：设C、B、A代表三条装配线，G100代表100kW发电机，G200代表200kW发电机。CBAG100G20000000001100101001101100101010111001111xx 有逻辑图如下：【题4-
16、25】 某单片机控制外部设备的电路如图题4-25所示，图中S1、S2是受控外部设备，单片机输出地址为A7A0，试求出设备S1与S2的地址码。 图题4-25解：S1地址为：A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A01 0 0 0 X 0 0 11 0 0 X 0 0 0 1S2地址为：A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A01 0 0 0 X 1 0 01 0 0 X 0 1 0 0【题4-26】 试用4线-16线译码器74154、16选1数据选择器74150以及非门7404设计一个用6根线传输16线信号的电路（需要查阅74154和74150数据手册，了解这两个芯片的功能）。解：直接设
17、计如下：【题4-27】 试设计一个BCD输入的4位数码管扫描显示电路，输入信号为4位BCD码与4位低电平有效的扫描信号（使用共阳数码管、BCD-7段译码器74LS247、双4选1数据选择器74LS153与三极管）。【题4-28】 某医院有4间病房，各个房间按患者病情严重程度不同分类，1号房间患者病情最重，4号房间病情最轻。试用74LS148设计一个患者呼叫装置，该装置按患者的病情严重程度呼叫大夫（按下按钮相当于呼叫），就是若两个或两个以上的患者同时呼叫大夫，则只显示病情重患者的呼叫。要求采用数码管显示房间号，并用蜂鸣器提示。解：直接设计，逻辑电路如下。错，不合题意。病房优先级3、2、1、0，3号房最高。显示房号3、2、1、0。对，合题意。1号病房优先级最高，病最重。优先顺序1、2、3、4。显示房号1、2、3、4。 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）